30

ВОЕННО–МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

имени С.М. Кирова

Экз. № __

Кафедра биологической и медицинской физики

УТВЕРЖДАЮ

Заведующая кафедрой доцент

Новикова Н.Г.

«____» _____________ 20__ г.

ЛЕКЦИЯ № 5

изучения дисциплины «Физика, математика»

на тему: «Электрические и магнитные свойства сред»

для курсантов I курса по специальности 060101 «Лечебное дело»

по военной специальности – «Лечебное дело в силах флота»

Обсуждена на заседании кафедры

«____» _____________ 20__ г.

Протокол № _____

Уточнено (дополнено):

«____» _____________ 20__ г.

Санкт-Петербург 2013 г.

Содержание

Учебные вопросы

	Время (мин.)
Введение	10
Электрическое поле. Его основные характеристики: напряженность, электрическая индукция, потенциал. Потенциальное и вихревое электрические поля.	20
Магнитное поле. Магнитная индукция, напряженность магнитного поля. Понятие об электромагнитном поле.	15
Проводники и диэлектрики в электрическом поле.	10
Магнитные свойства сред.	15
Электрические и магнитные свойства тканей организма.	15
Выводы и заключение	5

Литература

1) Использованная при подготовке лекции:

Медицинская и биологическая физика: Учеб. для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко – М.: Дрофа, 2010. – 560 c.

Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СПб: Спецлит, 2004.–496 с.

Антонов В.Ф., Коржуев А.В. Физика и биофизика. Курс лекций для студентов медицинских вузов. М.: Изд-во ГЭОТАР-Медиа, 2010. 240 с.

Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле. Ч. 1. Электричество и магнетизм. Новосибирск:Наука, 1987. – 272 с.

Эйхенвальд А.А. Теоретическая Физика. Электромагнитное поле. М.: Либрокон, 2010. – 378 с.

2) Рекомендуемая обучаемым для самостоятельной работы:

Медицинская и биологическая физика: Учеб. для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко – М.: Дрофа, 2010. – 560 c.

Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СПб: Спецлит, 2004.–496 с.

Наглядные пособия

Таблицы ЭМП-4, ИМП-1, ИМП-6, ИМП-8.

Технические средства обучения

1. Ноутбук.

2. Мультимедийный проектор

3. Экран

Разработала заведующая кафедрой биологической и медицинской физики кандидат физико-математических наук доцент Новикова Н.Г.

Текст лекции

Введение.

На данной лекции нам предстоит рассмотреть широкий спектр вопросов относительно поведения вещества в электрическом и магнитном полях. В первую очередь речь пойдет о поведении вещества в электрическом поле, где главным является эффект поляризации. Он же, в значительной степени, определяет и свойства живых тканей в их взаимодействии с электромагнитным полем. Магнитные свойства вещества проявляются при взаимодействии с магнитным полем, что для живой ткани является предметом исследований. При пропускании через живую ткань переменного электрического тока анализ ее импеданса (полного сопротивления цепи) показывает, что и сам импеданс и его составляющие зависят от частоты. Эта зависимость анализируется в рамках эквивалентных схем, построенных из пассивных элементов. Практическую значимость имеет коэффициент поляризации – он является показателем жизнеспособности ткани.

Тем не менее, вначале вспомним, что же такое электрическое и магнитное поля, и при каких условия они образуют единое электромагнитное поле.

1. Электрическое поле. Его основные характеристики: напряженность, электрическая индукция, потенциал. Потенциальное и вихревое электрические поля.

В теории электричества первичным понятием является понятие электрического заряда. Заряды бывают положительные и отрицательные. Носителями отрицательных зарядов являются электроны. Их открыл лорд Томсон в 1897 году, а в 1919 году другой английский физик - Резерфорд открыл носителей положительных зарядов, которыми оказались частицы, входящие в состав ядра - протоны. И электроны, и протоны имеют заряд, равный 1,6^.10^-19Кл, отличаясь лишь знаком заряда.

Закон взаимодействия электрических зарядов был открыт на 100 лет раньше электрона в 1785 году и известен как закон Кулона. Как известно из школьного курса физики, закон Кулона в системе единиц СИ, которой мы будем пользоваться, выглядит следующим образом:

где q₁ и q₂ - величина взаимодействующих зарядов, г - расстояние между ними, а = 8,85^.10^-12 Ф/м - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.

Каким образом осуществляется взаимодействие электрических зарядов, находящихся на удалении друг от друга? При ответе на этот вопрос мы приходим к понятию электрического поля. Взаимодействие осуществляется посредством особого вида материи, которая и называется электрическим полем. Поле материально, поскольку его можно обнаружить по силе, действующей на пробный заряд, помещенный в конкретную точку пространства, где существует электрическое поле. Электрическое поле порождается электрическими зарядами. Следует отметить, что источниками любых физических полей являются частицы. Создаваемые частицами поля переносят (с конечной скоростью) взаимодействие между соответствующими частицами. В квантовой теории взаимодействие зарядов обусловлено обменом квантами поля (фотонами) между заряженными частицами.

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е, которая численно равна силе, действующей на единичный, положительный, точечный заряд, помещенный в данную точку поля:

(2)

Единицей измерения напряженности является, как следует из определения этой величины Н/Кл или В/м. Конфигурацию электрического поля можно представить в виде картины распределения силовых линий, которые начинаются на положительных (на бесконечности) и заканчиваются на отрицательных (на бесконечности) зарядах. Касательная к силовой линии указывает направление вектора напряженности в данной точке поля. Принцип суперпозиции позволяет находить напряженность поля, создаваемого несколькими зарядами, как векторную сумму напряженностей, создаваемых отдельными зарядами:

Другой важной характеристикой поля является его энергетическая характеристика, называемая потенциалом. Потенциал электрического поля в данной точке - это работа по переносу единичного, положительного, точечного заряда от точки, потенциал которой принят равным нулю (обычно этой точкой является бесконечность), в данную точку поля:

Единицей измерения потенциалов является Дж/Кл = В. Разностью потенциалов (напряжением) между точками поля называют работу по перемещению единичного, положительного, точечного заряда из одной точки поля в другую:

где Е_l - проекция вектора напряженности на направление касательной в данной точке траектории. Разность потенциалов не зависит от пути, по которому переносят заряд. Это означает, что потенциал в данной точке поля однозначно определен, если выбрана точка нулевого потенциала.

В неоднородном поле Е = -grad, где градиент - вектор, показывающийнаправление наискорейшего возрастания потенциала. Если потенциал зависит только от одной координаты х, то grad = d/dx. В однородном поле Е = U/d , где d - расстояние между точками с разностью потенциалов U.

Иногда для визуального изображения поля наряду с силовыми линиями рисуют эквипотенциальные поверхности, то есть соединяют те точки поля, где потенциальная энергия одинакова. Поскольку силовые линии поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям, при движении по ним работа не производится.

Еще одной силовой характеристикой поля в веществе служит вектор электрической индукции D = , который в вакууме (= 1) с точностью до постоянного множителясовпадает с напряженностью электрического поля Е.